Следующее поколение аккумуляторов для электромобилей с большей дальностью действия и повышенной безопасностью может появиться в форме литий-металлических твердотельных аккумуляторов. technology.
Но, по мнению исследователей из Мичиганского университета, необходимо ответить на ключевые вопросы об этом многообещающем источнике питания, прежде чем он сможет перейти от лаборатории к производственным объектам. По их словам, благодаря усилиям по распространению электромобилей среди большей части населения на эти вопросы нужно отвечать быстро.
Джефф Сакамото и Нил Дасгупта, доценты кафедры машиностроения UM, в течение последнего десятилетия были ведущими исследователями литий-металлических твердотельных батарей. В перспективной статье в журнале Джоуль, Сакамото и Дасгупта раскрывают основные вопросы, стоящие перед технологией. Чтобы разработать вопросы, они работали в тесном сотрудничестве с лидерами автомобильной промышленности.
В этом году основные автопроизводители намерены полностью отказаться от электромобилей, и многие из них объявили о планах поэтапного отказа от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в ближайшие годы. Литий-ионные батареи использовались в самых первых электромобилях, и они остаются наиболее распространенным источником питания для последних моделей, сходящих с конвейеров.
Эти литий-ионные аккумуляторы приближаются к своим пиковым характеристикам с точки зрения запаса хода на одном заряде. К тому же они требуют наличия тяжелой и громоздкой системы управления батареями, без которой существует риск возгорания на борту. Используя металлический литий для анода батареи вместе с керамикой для электролита, исследователи продемонстрировали возможность удвоения диапазона электромобилей для батареи того же размера, при этом резко снижая вероятность возгорания.
«Огромный прогресс в развитии литий-металлических твердотельных батарей был достигнут за последнее десятилетие», - сказал Сакамото. «Однако на пути к коммерциализации технологии, особенно электромобилей, остается несколько проблем».
Вопросы, на которые необходимо ответить, чтобы извлечь выгоду из этого потенциала, включают:
- Как мы можем производить керамику, которая является хрупкой, из массивных, тонких, как бумага, листов, которые требуются литий-металлическим батареям? Компенсирует ли использование керамики в литий-металлических батареях керамики, которая требует энергии для их нагрева до более чем 2,000 градусов по Фаренгейту, их экологические преимущества в электромобилях?
- Можно ли адаптировать как керамику, так и процесс ее производства с учетом дефектов, таких как растрескивание, таким образом, чтобы производители аккумуляторов и автомобилестроители не пересматривали свои операции?
- Литий-металлический твердотельный аккумулятор не требует тяжелой и громоздкой системы управления аккумулятором, которая необходима литий-ионным аккумуляторным батареям для сохранения долговечности и снижения риска возгорания. Как уменьшение массы и объема системы управления батареями или ее полное удаление повлияет на производительность и долговечность твердотельной батареи?
- Металлический литий должен находиться в постоянном контакте с керамическим электролитом, а это означает, что требуется дополнительное оборудование для приложения давления для поддержания контакта. Что будет означать добавленное оборудование для производительности аккумуляторной батареи?
Сакамото, у которого есть собственная стартап-компания, специализирующаяся на литий Металлические твердотельные батареи, говорит, что технология сейчас находится в выгодном положении. Но энтузиазм, который движет моментом, говорит он, не должен опережать сам себя.
Документ озаглавлен «Переход твердотельных аккумуляторов из лабораторий на рынок: связь электрохимической механики с практическими соображениями».